高强钢锥柱结合壳焊接残余应力的数值模拟和试验研究

高强度钢在船舶生产建造过程中已得到广泛应用.高强钢的焊接常常伴随着较大的焊接残余应力,直接影响到船体结构的安全及使用寿命.文章首先基于有限元分析软件ANSYS,利用其APDL语言开发了相应的焊接程序,对高强钢锥柱结合壳模型凸锥处环焊缝的焊接过程进行模拟,得到焊接残余应力的大小和分布;然后采用X射线无损检测方法对焊缝区域进行残余应力测量.结果表明:数值模拟结果与试验测量值是相吻合的,在焊缝焊趾处存在着较大的焊接残余应力,在熔合线外,随着距焊缝中心线距离的增加残余应力值迅速下降.     

FPSO典型焊接节点残余应力试验研究

高强度钢材料对焊接残余应力非常敏感,严重影响FPSO的安全可靠性,因此有必要对FPSO典型焊接节点的残余应力进行分析研究.文中选取能代表FPSO典型焊接结构形式的一种焊接节点进行试验研究,采用X射线无损检测法,对典型焊接节点的残余应力进行试验测量.根据试验测量结果,分析了FPSO典型焊接节点的残余应力分布规律.     

交变载荷下厚板对接焊残余应力的松弛行为

对于承受交变载荷的焊接构件,焊接残余应力的存在对于结构的疲劳寿命影响巨大。由于焊接残余应力形成机理的复杂性,当交变载荷作用时,焊接残余应力的松弛演变具有不确定性,导致该领域的研究难度相当大。迄今为止,鲜有文献就交变载荷下的厚板焊接残余应力松弛行为进行深入报道。采用低周疲劳试验,利用X射线残余应力测试仪,对试件表面焊接残余应力的松弛演变行为进行追踪研究,通过在试件表面近焊缝区布置网状测点,采集测点的横向及纵向焊接残余应力进行数据拟合,在试验对比修正的基础上,最终建立焊接残余应力的松弛演变模型。结果表明：在交变载荷作用下,焊接残余应力会发生松弛,并且,应力松弛量的大小与交变载荷的特征值大小紧密相关。     

锥柱耐压壳典型焊接接头残余应力研究

高强度钢材料对焊接残余应力非常敏感,显著影响了高强度钢锥柱耐压壳结构的安全可靠性及使用寿命,有必要针对这类壳体典型焊接接头的残余应力进行分析研究。本文首先基于有限元软件ANSYS的参数化语言APDL开发相应的焊接模拟程序,对高强度钢锥柱耐压壳典型焊接接头模型的焊接过程进行数值模拟,得到其焊接残余应力的应力水平及分布规律;然后采用X射线无损检测方法测量焊缝区域的残余应力。结果显示：焊缝附近区域存在较大焊接残余应力,其值随着与焊缝中心线距离的增加而迅速降低,数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

外压法调整耐压球壳焊接残余应力的 数值模拟与试验研究

深海耐压球壳经过外压作用后结构的焊接残余应力会发生改变,文章首先运用ANSYS的APDL语言编写了深海耐压球壳人孔区域焊接残余应力数值模拟程序,对耐压球壳的初始残余应力和经过外压试验后的残余应力的变化进行计算;然后,对加工完成的试验模型采用X射线无损检测方法对该深海耐压球壳人孔区域的初始残余应力和经过外压试验后的残余应力进行测量。数值模拟结果与试验结果表明两者基本吻合;随着外压增加,最大残余拉应力和压应力都不断减小。该文研究结果为合理运用外压法调整焊接残余应力提供了依据。     

锥柱结构焊接残余应力及超声冲击消除的研究

随着高强钢潜艇锥柱结构的广泛应用,影响结构性能的焊接残余应力的测量和残余应力消除的技术备受关注。采用X射线衍射技术对高强钢潜艇锥柱结构内外壳的轴向焊接残余应力进行无损检测。内壳轴向残余应力的分布在焊缝两侧呈双峰形态,均为拉应力,而后随着与焊缝距离的增加,残余应力快速降低;而外壳轴向残余应力在锥端焊趾部分达到最大残余压应力值。还进行了超声冲击消除焊接残余应力前后的对比试验。试验结果表明,超声冲击处理对降低焊缝及近焊缝区的残余应力有很大的益处,残余拉应力经冲击处理后转变为对疲劳强度有利的较大幅值的压应力。     

厚板焊接残余应力的试验研究

通过盲孔法,测定了不同焊接接头、不同板厚、不同焊接工艺下厚板的焊接残余应力,在考虑了塑性影响的基础上,得到了厚板焊接残余应力的分布规律.分析讨论了焊接接头、板厚、焊接工艺以及焊接坡口大小对焊接残余应力分布的影响及原因.结果表明,采用自由焊工艺,可以减小焊接残余应力.而调整焊接顺序,则可以改变焊接残余应力的峰值位置.合理设计承载面的坡口大小,可以有效降低焊接残余应力对结构强度的影响.     

大型核电厚壁结构X射线衍射法残余应力测试

采用X射线衍射法（ XRD）对大型核电厚壁结构堆芯板端面、堆芯板与吊篮筒体环焊缝焊前焊后残余应力进行无损测量。研究堆芯板端面、环焊缝焊前焊后残余应力的分布情况及变化规律。结果表明：堆芯板焊前残余应力主要是机加工应力,且焊接过程对其残余应力影响不大;1＃和2＃堆芯板环焊缝轴向残余应力分布趋势明显,呈现焊缝为压应力,母材为拉应力;测试的环向应力在各区域分布不一致;焊接对远离焊缝区域的应力没有影响,远离焊缝区域呈现较大的加工应力。     

爆炸消除焊接残余应力的数值模拟

焊接残余应力及其控制技术是重大工程结构物(例如反应堆、潜艇等)建造中关注的核心问题之一。爆炸法消除残余应力是近年来发展起来的高效、低成本的1种新技术,但对其机理的研究仍然相当缺乏。本文利用非线性有限元软件ABAQUS对爆炸消除焊接残余应力技术进行了数值模拟,同时考察了焊缝中夹杂的裂纹缺陷对爆炸载荷的响应。研究对象为70 mm厚的超厚钢板对接焊缝,焊接坡口为X型。本文主要完成了以下2项研究工作。1)将盲孔法测得的焊接残余应力分布预置到模型中,计算了爆炸载荷作用下不同布药方式时焊接残余应力的再分布,并将其与对应的实测结果进行比较。研究结果表明,金属材料的塑性流动是爆炸消除焊接残余应力的根本因素。2)在模型的焊缝区引入面状裂纹来表征焊缝中的凝固裂纹,利用ABAQUS用户自定义子程序开发的基于虚拟裂纹闭合法的三维断裂单元,计算能量释放率对爆炸载荷的响应。研究结果表明,爆炸载荷并不一定会导致裂纹的扩展。因此,本文的研究方法和结果对于爆炸消除焊接残余应力在工程应用领域具有指导意义。     

焊接速度对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响

基于ABAQUS软件二次开发,建立平板对接焊试件焊接残余应力及其释放的有限元模型,利用顺序耦合热力学数值仿真计算3种焊接速度下的焊接残余应力分布,并研究了3种焊接速度下初始焊接残余应力在3种拉伸循环载荷作用下的释放情况。随着焊接速度的增加,沿试件深度方向的初始横向焊接残余应力明显下降。在相同外载荷作用下,随着焊接速度的降低,焊接残余应力释放水平提高、释放量增加。随着焊接速度的增加,第一次循环残余应力的释放量占循环50次后残余应力释放总量的比例增加。     

JU2000E自升式钻井平台桩腿TKY节点 焊接残余应力分析

Ju2000E自升式钻井平台的桩腿TKY节点由于焊接结构复杂，各构件采用高强度大厚板，焊缝多且不规则，焊接残余应力分布复杂，对其评估焊接残余应力非常困难。如今焊接残余应力表面测量配合应力计算是最有效的方法，本文采用一系列的高效计算方法实现了桩腿TKY节点焊接残余应力的高效计算，并通过X衍射法和小孔法验证了计算的可靠性，同时通过计算机模拟软件建立的三维实体模型分析了该结构的应力分布特征。计算结果表明，整个模拟件各方向的峰值拉应力出现在半圆板焊接区域表层，特别是焊趾位置呈现较大的应力集中，而焊缝材料的屈服强度相对半圆板材料屈服强度低，故焊缝区域的各方向拉应力幅值稍低于半圆板焊接区域；整个模拟件各焊缝区域从外到内部的等效应力呈现300-600MPa的较大应力，靠近半圆板的焊趾位置出现较大应力集中，等效应力达到600MPa以上。     

船用高强度钢焊接残余应力测量技术研究

本文研究采用纯弯曲梁法对高强度钢X射线弹性常数(XECs)进行了试验测定;研究分析了试件表面电解腐蚀前后以及不同的电解腐蚀深度对残余应力测量结果的影响,分析得到对钢结构表面预处理的操作方法。最后进行了高强度钢平板焊接试板残余应力测量验证试验,并与数据仿真结果进行了比较,试验结果表明：试板焊接残余应力分布与数值仿真结果基本一致;其中有2/3的比对测点的残余应力测量偏差小于±25MPa。     

超声冲击处理对5083铝合金焊接接头残余应力的影响

为了分析5083铝合金焊接接头残余应力分布和减少铝合金焊接接头残余拉应力,采用超声冲击处理技术对焊接接头进行处理,使用X射线衍射仪测试焊接接头冲击前后表面的残余应力.结果表明:纵向残余应力在焊缝起点和终点附近趋于零应力状态,中间稳定区为较大的拉应力;在近焊缝中心两侧为较大的拉应力,远离焊缝的两端为较小的压应力.经过超声冲击处理后的焊接接头,冲击区域的残余应力由较大的拉应力转变为压应力,随着冲击强度的增加,冲击区域表面的压应力也逐渐增大,当冲击强度大于2.0 s/cm~2后,冲击产生的压应力值最终在220 MPa处波动;只冲击焊趾也可以降低焊趾和焊缝的残余应力,但与全覆盖冲击相比,焊缝的残余应力下降程度较小;随着抛光深度的增加,超声冲击引入的压应力逐渐减小,在抛光深度达到2 mm后,冲击后的焊缝残余应力和未冲击处理的残余应力保持一致.     

T形焊接接头残余应力与变形的三维数值模拟

焊接残余应力和变形是个长期困扰船舶行业的难题。本文介绍了预测焊接残余应力和变形的基本数值理论,用MSC.Marc有限元分析软件对T形接头的焊接过程进行了实时三维数值模拟,并对焊接温度场、残余应力分布以及角变形计算结果进行了分析说明。     

锥柱耐压壳高强度钢典型焊接接头残余应力研究

锥柱耐压壳常采用高强度钢建造,高强度钢对焊接残余应力较为敏感,因此有必要针对耐压结构典型焊接接头的残余应力进行研究。本文基于热弹塑性相关理论,采用Ansys的APDL语言编制焊接残余应力数值模拟程序。研究板厚、板宽、锥角以及焊接速度、焊喉温度对典型焊接接头轴向焊接残余应力的影响。研究表明:锥柱耐压壳凹面焊趾附近区域残余拉应力较大,应作为疲劳强度研究的重点区域。板厚和焊喉温度对残余拉应力的影响较残余压应力大;板宽和锥角对残余拉、压应力影响均较大。本文的研究可以控制焊接残余应力和优化焊接加工工艺,并为后续耐压结构疲劳强度的研究奠定相关理论基础。     

焊接速度对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响

焊接件由于焊接速度不同,焊接残余应力分布存在很大差异,焊接残余应力在循环载荷作用下会产生释放现象,焊接残余应力存在对于结构安全性和稳定性有很大影响,有必要开展焊接速度对于焊接残余应力及其释放影响研究。基于ABAQUS软件二次开发建立平板对接焊试件焊接残余应力以及释放有限元模型,利用顺序耦合热力学数值仿真计算三种焊接速度下的焊接残余应力分布,并开展三种焊接速度下初始焊接残余应力在三种拉伸循环载荷作用下的释放情况研究。     

船体焊接残余应力的数值分析

船体在焊接过程中产生的焊接残余应力不仅会降低船体结构的性能,还会使得建造精度难以控制,从而最终影响到船舶建造质量.本文以热弹塑性理论为基础,利用ANSYS非线性分析有限元程序,对船体结构焊缝进行了数值分析,获得了焊接顺序、构件尺寸对残余应力分布的影响规律.分析结果显示,分段焊接可以有效降低残余应力的峰值,尤其是对控制横向残余应力更为明显,焊缝方向上的残余应力会造成较大的残余变形.本文研究结果为优化生产工艺,控制残余应力提供了理论依据.     

起重机臂架结构中的焊接残余应力及其影响

论述了焊线残余应力对臂架结构的影响，深入探讨了臂架失稳折臂的机理，并以１６ｔ－３０ｍ门机臂架为例。对焊接残余应力计算在臂架分析中的应用作了阐述。     

内压对锥柱耐压壳焊接残余应力影响的数值模拟与试验研究

耐压结构在使用前一般都要进行内压试验,经过内压试验后结构的焊接残余应力会发生改变。残余应力的变化会对结构的力学特性有一定影响。文章首先运用ANSYS的APDL语言编写了大尺度锥柱耐压壳模型焊接残余应力数值模拟程序,对耐压结构的初始残余应力和经过内压试验后残余应力的变化进行计算;然后,采用X射线无损检测方法对该大尺度锥柱耐压壳模型的初始残余应力和经过内压试验后的残余应力进行测量。计算结果与试验结果表明,随着内压增加,内壳残余拉应力不断降低;而外壳残余压应力则变化不大;并且数值模拟结果与试验结果基本吻合。该文研究结果为更加合理可靠地进行耐压结构力学特性分析提供了理论依据。     

边界约束对焊接残余应力及其释放的影响分析

采用热弹塑性有限元方法对AH36船用高强度钢对接焊的残余应力进行数值计算,获得了焊缝区域2条路径方向上的纵向残余应力和横向残余应力分布。分析焊接过程中板材不同边界约束对于焊接残余应力的影响,并与试验结果对比。计算结果表明,2条路径上的横向焊接残余应力均受边界约束影响较大,且约束越强残余应力越大;纵向焊接残余应力受边界约束影响与横向残余应力相反,约束越强残余应力越小。随着边界约束增强,加载同样循环次数,无论横向还是纵向焊接残余应力释放程度增加,第一次循环释放量占总的50次循环释放量比例逐渐增加。